暢游物理世界 科研發現未來
——記首都師范大學物理系副教授王新柯

本刊記者 孫欣欣

暢游物理世界 科研發現未來
——記首都師范大學物理系副教授王新柯

本刊記者 孫欣欣

生活就像一扇門，但同時也會在開一扇門的時候打開很多窗，王新柯博士就是這樣在物理的世界里開了五彩斑斕的窗。利用太赫茲技術檢測生物切片，觀察是否癌變；研究珍貴壁畫的修復問題；測量半導體電光特性；開發集成光學系統等。這些可能對于普羅大眾并不經常接觸的事物，卻是王新柯的研究成果應用最廣泛的領域。

“對于科研工作者來說，做一件事就要把它做好。”王新柯憑著多年的堅持與執著，也在用自己的實際行動踐行著這句話，不只是對一份研究的責任，更多的還是對物理領域的熱愛和深深的樂趣。

在樂趣中揭秘

一提到研究，私下寡言少語的王新柯頓時打開了話匣子。他在本科時所讀專業并不是以光學為主的，而是現代教育技術，物理光學只是其中一個研究方向。畢業后，經過和老師家人商討，他選擇了首都師范大學光學專業，自此開啟了他對光學的興趣之旅。在研究太赫茲超薄透鏡時，他發現生活中很多現象與此息息相關，像我們平時戴的眼鏡就是一個透鏡，有厚有薄，在薄的地方光較活躍，行走距離短，反之亦然。王新柯能把很多研究和現實相聯系，得到樂趣的同時也收獲了成就。

2007年9月，王新柯師從于張巖研究員，以“太赫茲實時成像中關鍵技術的研究與改進”為題，攻讀理學博士學位。該方向屬于現代光學研究的一個前沿領域。在導師的指導下，他通過不斷地技術創新，研發了國內唯一一套太赫茲脈沖波焦平面成像系統，可實現對太赫茲電磁場的高分辨率、高信噪比和偏振選擇性測量。相關工作發表在了“美國光學學會”旗下的《光學時訊》《美國光學學會會刊A》《應用光學》等知名期刊上，引起了業內同行的廣泛重視。2011年參加工作后，王新柯致力于太赫茲焦平面成像系統的改進和應用研究，開展了利用此系統對太赫茲波導進行模式分析、對太赫茲電磁場矢量衍射態進行表征、對太赫茲波段超表面器件與表面等離子體器件進行功能驗證等高水平工作。2012年，在太赫茲研究方面的新進展——“太赫茲超薄平板元件”項目中，他利用太赫茲光譜成像手段表征基于表面等離子體的新型光學器件。這種器件基于新穎表面材料，通過對微納天線的設計和控制，可以利用100納米厚的金屬微結構表面對400微米的太赫茲光束進行波前調控，實現聚焦、分束、成像以及全息等功能，為太赫茲系統的微小化和集成化提供了一個新思路。

由于科研成績突出，王新柯在2012年到2014年先后獲批了國家自然科學基金青年項目和面上項目、北京市自然科學基金面上項目、“國家863計劃”子任務的支持。2014年11月，由“中國產學研合作促進會”為他所在團隊頒發了“中國產學研合作創新成果獎”以表彰其在太赫茲成像技術應用研究及產業化方面所作的貢獻。

在困難中放飛

“在研究中每天都會遇到各種難題，但都會漸漸習慣的。”王新柯始終能夠認清自己在科研道路上走的每一步，科研一定要實際應用，要造福社會，造福人類。如果僅強調物理研究，就會與實際應用脫離太遠；如果一心想去探索，去發現，又會容易偏離主題，失去科研意義。要做到這些，困難是不可避免的，王新柯也從來都是迎難而上，不輕言放棄。

在半導體光泵浦時空特性的太赫茲數字全息研究項目中，盡管太赫茲技術在時間分辨光譜的測量上有諸多優勢，但由于測量方式的限制，需要將太赫茲聚焦到樣品上一點進行測試，所以它只反映了載流子的時域變化特性，并不能呈現出載流子空間分布特性。針對目前測量技術存在的問題，王新柯及其團隊試圖采用太赫茲焦平面成像技術代替光譜技術進行時間分辨探測，獲得半導體上載流子的四維光譜信息。并且通過光學數字全息技術優化測量結果，從而實現對載流子的時空演變過程進行全面準確的觀測。

太赫茲赫茲焦平面成像技術最早是在1996年提出，這種成像系統可以有效地縮短實驗時間，并且可以更真實的反映太赫茲電場的二維分布。但在實際操作中，由于太赫茲輻射的波長較長，電磁波的衍射總會對圖像有所影響。為解決這一問題，2008年，由王新柯的導師張巖研究員提出，將可見光波段的數字全息技術應用到太赫茲領域，通過反衍射重建算法可有效消除衍射影響，圖像質量得到明顯提高。王新柯也將這一思路繼承發揚下來。

目前，王新柯及其團隊正致力于將太赫茲成像技術產業化推廣，先后獲批了一項美國發明專利、兩項國家發明專利、一項國家實用新型專利，還分別與大恒光電公司、陜西省歷史博物館、北京307醫院緊密合作，開展將太赫茲技術用于壁畫文物無損探傷和生物組織病變檢測的研究，推進太赫茲技術的實用化。

在生活中育人

在與王新柯博士交流的短短一個多小時內，他多次提出老師在教學中的重要性。“老師最重要的就是‘教’，學生不懂也沒關系，老師就是來傳道授業解惑的。”王新柯在求學過程中就深受導師影響，還曾到美國師從張希成教授進行科學研究，張教授對科研精益求精、嚴以律己的態度和教學作風都深深感染了王新柯。

他潛心教學，目前教授《激光原理》《光電專業實驗》等課程。在教學中，王新柯透露更喜歡踏實肯干的學生，聰明靈活固然重要，但科學研究更為注重的是承受枯燥和寂寞。沒有人是一學就會的，跌倒摔傷都不可怕，一點點在前進的路上摸索比什么都重要。他會在教學中賦予極大的熱情并想辦法盡可能的激起學生學習興趣，使課堂氣氛更為活躍。

他特別支持學生自己進行探索。在王新柯做科研時，就會在遇到問題時經常向老師或師兄請教。在科研上一定要不懂就問，自身要有積極主動的動力，才會在摸索中不斷成長。當然作為一名老師，不僅僅是要教授知識，傳遞理論，還要去引導和啟迪學生自己去發現知識，求得真理。王新柯還提到在考博時，需要自己動手搭建一個系統，他主要負責光電搭建和查找信號，開始時并不是一帆風順的，然而他虛心向學，從給別人打下手做起，通過一點點學習逐漸輕車熟路。在他看來，只要認準了方向，不輕言放棄，也許過程艱難，但前景必定光輝。

在物理世界中徜徉的他，為各種數字、信號如癡如醉，只要一有空就會出現在實驗室里。對如他一般的科研工作者來說，最令人激動的時刻不是獲得獎項，不是獲得資助，而是拼盡全力后看到成果時的欣喜若狂。回想起來，王新柯可能會永遠記得當年測到表面電磁波時的心情。說到這，王新柯更要感謝物理所的楊國楨院士，2003年時首都師范大學才開始進行科學研究，設備、經驗等各方面都有所欠缺，物理系更是對研究哪方面無從下手，是楊院士指出可以多關注太赫茲方向的研究，這方面是很有前瞻性和發展性的，王新柯讀博時才有幸踏上了對太赫茲進行研究的道路。每位老師都會給學生留下巨大影響和深遠的思考，王新柯也希望自己能成為幫助學生成長的那個人。

科研源于現實，現實引領未來。在科研的探索中，聰明只是一時，重要的是堅持，要日復一日年復一年地思考同一個問題，做同一個實驗。王新柯正是抱著這份堅持與執著，在物理的星空留下點點星光。